第五章 磁共振成像(new)概论
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频率编码梯度, 又称读出梯度
回波信 号
28
体层图像重建的时间估计
•在MR图像重建中，沿相位编码方向排列的体素个 数决定了在一个成像周期内相位编码的重复次数， 这是MRI成像速度较慢的主要原因。 • 在SE序列中完成一个层面的成像时间Td可估计为：
Td＝TR×矩阵大小×n
19
三个基本梯度场
• 在Z方向叠加的强度 随Z变化的磁场，叫 Z方向梯度场；
• • 在X方向叠加的强度
随X变化的磁场，叫 X方向梯度场; • • 在Y方向叠加的强度 随X变化的磁场，叫 Y方向梯度场;
N
B0 S
N
B0
0
S
N
B0 0
S
B0+B(z)
Z
0 B0
B0+B(x)
X
B0
B0+B(Y)
Y
B0
20
人体的三面
横断 面
冠状 面
示意图
矢状 面
21
空间的三维
水平磁场
垂直磁场
B0（Z） Y
Z X
B0(Z)
Z X
Y
一般常导和超导磁体 产生水平磁场，水平 方向（人体长轴）为Z
一般永磁体产生垂直
磁场，垂直方向为Z方
向，人体长轴一般定
Baidu Nhomakorabea
义为X方向
22
选层梯度Gs
在Z方向叠加梯度场可以选择层面，RF的频带宽度
MRI应用中常用概念
• T2时间：测量横向驰豫的时间。 • 定义：横向磁化矢量从由最大衰减
至37%所经历的驰豫时间。 • 不同的组织T2时间不同，产生MR
信号强度上的差别，图像上为灰阶 的差别。
MRI成像技术
采用不同的扫描序列和成像参数 T1加权像、 T2加权像、 质子加权像 自旋回波（SE）、梯度回波、平面 回波等
• 氢原子核只有单一质子具有最强的磁矩 • 氢质子在人体内分布广，数量多，MRI均
选用氢为靶原子核.
人体质子在磁场中
共振现象
MRI 成像基本原理
o 外来射频脉冲停止后，由M0产生的横向磁 化矢量在晶格磁场作用下由XY平面逐渐回 复到Z轴。
o 同时以射频信号的形式放出能量。 o 发出的射频信号被体外线圈接受。 o 经计算机处理后重建成图像。
自旋回波序列
静止磁场中，宏 观磁化与场强方 向一致，纵向宏
观磁化最大
900射频结束瞬间， 磁化翻转到横向， 开始横向弛豫，即
散相
此时的线圈感 应信号即为自 旋回波信号
施加900射频脉冲， 纵向磁化翻转到横 向，横向磁化最大
施加1800射频 脉冲，质子进 动反向,相位开
始重聚
经过与散相相同的 时间后,相位重聚完 全,横向磁化再次达
MRI图像特点
主要反映组织间的信号强度。
T1加权像 反映组织间T1的差别，有利于
观察解剖结构。
T2加权像 反映组织间T2的差别，显示病
变组织好。
自旋回波（SE）：重复时间（TR） 回波时间（TE）
加权成像 TR（ms） TE（ms） T1WI 短< = 500 短< = 30 T2WI 长> = 2000 长> = 60 PdWI 长> = 2000 短< = 30
加权图像(imaging weighting，IW)
在MRI中，当不考虑血流显像时， 成像参数为ρ、T1、T2；把血流显像
考虑进去时，成像参数为T1、T2、v、
ρ。出于分析图像的方便，希望一帧 MRI的断面图像主要由一个成像参数 决定，这就是MRI中图像加权的概念。
18
第二节 磁共振图像重建
•组成灰度数字图像的基本单元是像素
MRI应用中常用概念
• 驰豫：指磁化矢量恢复到平衡态的 过程.
• 磁化矢量越大，MRI探测到的信号 越强.
MRI应用中常用概念
• T1时间：测量纵向驰豫的时间。 • 定义：纵向磁化矢量从最小恢复至
平 衡态的63%所经历的驰豫时间。 • 不同的组织T1时间不同，产生MR
信号强度上的差别，图像上为灰阶 的差别。
施加GP,质子沿Y向 所受磁场线性,进动 频率线性,相位线性
Gp结束后,Y向磁场均 匀,质子进动频率一致, 但线性相位保留下来, 并与Y向位置一一对 27 应
三梯度施加时序(SE序列为例,采集矩 阵128*128)
RF: Gs: Gp:
Gro: SIG:
FID信 号
射频激励脉 冲
选层梯度
相位编码梯度,需 要反复施加128次, 且幅度线性变化
第五章 磁共振成像
内容梗概
• 磁共振信号与加权图像 • 磁共振图像重建 • 快速成像序列 • 磁共振血管成像 • 磁共振图像质量评价
第一节 磁共振信号与加权图像
MRI 成像
• 含奇数质子的原子核均在其自旋过程中 产生自旋磁动量，即磁矩以矢量描述.
• 核磁矩的大小是原子核的固有特性，它 决定MRI信号的敏感性.
到最大值
自旋回波信号的产生过程
16
磁共振检查技术术语
• 平扫（T1WI、T2WI、PDWI） • 增强（T1WI） • 动态增强（Dynamic MR） • 磁共振血管造影（MRA） • 脂肪抑制成像（STIR) • 水抑制成像（FLAIR） • 水成像（MRCP、MRU、MRM） • 灌注成像（Perfusion） • 弥散成像（Diffusion） • 功能成像（function MR）
25
频率编码梯度Gf（读出梯度Gro）
在X方向叠加一线性梯度场，可使沿X向质子所处磁场线 性变化,从而共振频率线性变化,将采集信号经傅立叶变换 后即可得到频率与X方向位置的线性一一对应关系.
成像层面的 X向位置
二者一一对应
采集信号经傅立叶 变换后的频谱
26
相位编码梯度Gp
Gp施加之前,质 子沿Y向进动频 率相位均相同
•像素只有两个基本信息：像素 位置信息和像素灰度信息
•像素位置信息表示图像中的该 像素对应人体内的体素位置
不同成像手段进行 位置对应的手段不
同
•像素灰度信息表示对应体素 的检测信息的强度
不同成像手段的 检测信息不同
•对磁共振而言,实现像素与体素对应的手段是施 加三个维度上的梯度磁场
对磁共振而言,检测的生物体信息是磁共振信号
与梯度强度共同决定层厚。
层厚与梯度强度成反相关
层厚与射频频宽成正相关
23
选层梯度Gs
sin x x
激励
v v0 v
频率范围即频 宽Δv很小，用 于选层
24
选层梯度Gs－回归脉冲
在层内的自旋核可以处在不同的z 上，其旋进的速度不同，使自旋核进 入去相位状态，使Mxy衰减，为此常 常在梯度磁场脉冲之后，加入—个与 其方向相反的梯度磁场脉冲，称为回 归脉冲，使自旋核的相位回归，以减 少信号测量的损失。
回波信 号
28
体层图像重建的时间估计
•在MR图像重建中，沿相位编码方向排列的体素个 数决定了在一个成像周期内相位编码的重复次数， 这是MRI成像速度较慢的主要原因。 • 在SE序列中完成一个层面的成像时间Td可估计为：
Td＝TR×矩阵大小×n
19
三个基本梯度场
• 在Z方向叠加的强度 随Z变化的磁场，叫 Z方向梯度场；
• • 在X方向叠加的强度
随X变化的磁场，叫 X方向梯度场; • • 在Y方向叠加的强度 随X变化的磁场，叫 Y方向梯度场;
N
B0 S
N
B0
0
S
N
B0 0
S
B0+B(z)
Z
0 B0
B0+B(x)
X
B0
B0+B(Y)
Y
B0
20
人体的三面
横断 面
冠状 面
示意图
矢状 面
21
空间的三维
水平磁场
垂直磁场
B0（Z） Y
Z X
B0(Z)
Z X
Y
一般常导和超导磁体 产生水平磁场，水平 方向（人体长轴）为Z
一般永磁体产生垂直
磁场，垂直方向为Z方
向，人体长轴一般定
Baidu Nhomakorabea
义为X方向
22
选层梯度Gs
在Z方向叠加梯度场可以选择层面，RF的频带宽度
MRI应用中常用概念
• T2时间：测量横向驰豫的时间。 • 定义：横向磁化矢量从由最大衰减
至37%所经历的驰豫时间。 • 不同的组织T2时间不同，产生MR
信号强度上的差别，图像上为灰阶 的差别。
MRI成像技术
采用不同的扫描序列和成像参数 T1加权像、 T2加权像、 质子加权像 自旋回波（SE）、梯度回波、平面 回波等
• 氢原子核只有单一质子具有最强的磁矩 • 氢质子在人体内分布广，数量多，MRI均
选用氢为靶原子核.
人体质子在磁场中
共振现象
MRI 成像基本原理
o 外来射频脉冲停止后，由M0产生的横向磁 化矢量在晶格磁场作用下由XY平面逐渐回 复到Z轴。
o 同时以射频信号的形式放出能量。 o 发出的射频信号被体外线圈接受。 o 经计算机处理后重建成图像。
自旋回波序列
静止磁场中，宏 观磁化与场强方 向一致，纵向宏
观磁化最大
900射频结束瞬间， 磁化翻转到横向， 开始横向弛豫，即
散相
此时的线圈感 应信号即为自 旋回波信号
施加900射频脉冲， 纵向磁化翻转到横 向，横向磁化最大
施加1800射频 脉冲，质子进 动反向,相位开
始重聚
经过与散相相同的 时间后,相位重聚完 全,横向磁化再次达
MRI图像特点
主要反映组织间的信号强度。
T1加权像 反映组织间T1的差别，有利于
观察解剖结构。
T2加权像 反映组织间T2的差别，显示病
变组织好。
自旋回波（SE）：重复时间（TR） 回波时间（TE）
加权成像 TR（ms） TE（ms） T1WI 短< = 500 短< = 30 T2WI 长> = 2000 长> = 60 PdWI 长> = 2000 短< = 30
加权图像(imaging weighting，IW)
在MRI中，当不考虑血流显像时， 成像参数为ρ、T1、T2；把血流显像
考虑进去时，成像参数为T1、T2、v、
ρ。出于分析图像的方便，希望一帧 MRI的断面图像主要由一个成像参数 决定，这就是MRI中图像加权的概念。
18
第二节 磁共振图像重建
•组成灰度数字图像的基本单元是像素
MRI应用中常用概念
• 驰豫：指磁化矢量恢复到平衡态的 过程.
• 磁化矢量越大，MRI探测到的信号 越强.
MRI应用中常用概念
• T1时间：测量纵向驰豫的时间。 • 定义：纵向磁化矢量从最小恢复至
平 衡态的63%所经历的驰豫时间。 • 不同的组织T1时间不同，产生MR
信号强度上的差别，图像上为灰阶 的差别。
施加GP,质子沿Y向 所受磁场线性,进动 频率线性,相位线性
Gp结束后,Y向磁场均 匀,质子进动频率一致, 但线性相位保留下来, 并与Y向位置一一对 27 应
三梯度施加时序(SE序列为例,采集矩 阵128*128)
RF: Gs: Gp:
Gro: SIG:
FID信 号
射频激励脉 冲
选层梯度
相位编码梯度,需 要反复施加128次, 且幅度线性变化
第五章 磁共振成像
内容梗概
• 磁共振信号与加权图像 • 磁共振图像重建 • 快速成像序列 • 磁共振血管成像 • 磁共振图像质量评价
第一节 磁共振信号与加权图像
MRI 成像
• 含奇数质子的原子核均在其自旋过程中 产生自旋磁动量，即磁矩以矢量描述.
• 核磁矩的大小是原子核的固有特性，它 决定MRI信号的敏感性.
到最大值
自旋回波信号的产生过程
16
磁共振检查技术术语
• 平扫（T1WI、T2WI、PDWI） • 增强（T1WI） • 动态增强（Dynamic MR） • 磁共振血管造影（MRA） • 脂肪抑制成像（STIR) • 水抑制成像（FLAIR） • 水成像（MRCP、MRU、MRM） • 灌注成像（Perfusion） • 弥散成像（Diffusion） • 功能成像（function MR）
25
频率编码梯度Gf（读出梯度Gro）
在X方向叠加一线性梯度场，可使沿X向质子所处磁场线 性变化,从而共振频率线性变化,将采集信号经傅立叶变换 后即可得到频率与X方向位置的线性一一对应关系.
成像层面的 X向位置
二者一一对应
采集信号经傅立叶 变换后的频谱
26
相位编码梯度Gp
Gp施加之前,质 子沿Y向进动频 率相位均相同
•像素只有两个基本信息：像素 位置信息和像素灰度信息
•像素位置信息表示图像中的该 像素对应人体内的体素位置
不同成像手段进行 位置对应的手段不
同
•像素灰度信息表示对应体素 的检测信息的强度
不同成像手段的 检测信息不同
•对磁共振而言,实现像素与体素对应的手段是施 加三个维度上的梯度磁场
对磁共振而言,检测的生物体信息是磁共振信号
与梯度强度共同决定层厚。
层厚与梯度强度成反相关
层厚与射频频宽成正相关
23
选层梯度Gs
sin x x
激励
v v0 v
频率范围即频 宽Δv很小，用 于选层
24
选层梯度Gs－回归脉冲
在层内的自旋核可以处在不同的z 上，其旋进的速度不同，使自旋核进 入去相位状态，使Mxy衰减，为此常 常在梯度磁场脉冲之后，加入—个与 其方向相反的梯度磁场脉冲，称为回 归脉冲，使自旋核的相位回归，以减 少信号测量的损失。